專利名稱：用于熒光燈的電壓饋電逆變器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明貫注于電子鎮(zhèn)流器。其結(jié)合操作一個(gè)或多個(gè)熒光燈的諧振逆變器 電路找到特定應(yīng)用，并且將具體參照其來描述。然而，要意識到的是，下文
也適用于高強(qiáng)度;^丈電(HID)燈等。
背景技術(shù)：
鎮(zhèn)流器是被用來提供功率給如電燈的負(fù)載并且調(diào)節(jié)提供給該負(fù)載的電 流的電子設(shè)備。鎮(zhèn)流器通過為要維持和增長的電弧離子化充足的等離子體 (氣體)來提供高壓以啟動(dòng)燈。 一旦電弧被建立，鎮(zhèn)流器就通過提供適當(dāng)?shù)氖?控電流給燈來允許燈連續(xù)操作。
典型地，在來自電源的交流(AC)電壓^皮整流和適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)之后，逆 變器將DC電壓轉(zhuǎn)換為AC。逆變器典型地包括 一對串聯(lián)連接的開關(guān)(如 MOSFET),其被驅(qū)動(dòng)?xùn)艠O控制電路控制為"導(dǎo)通"或"截止"。
用來操作并聯(lián)連接的多個(gè)熒光燈的 一種方法是使用類似于驅(qū)動(dòng)單個(gè)燈 的設(shè)計(jì)，其中每個(gè)燈由專用逆變器操作，例如n個(gè)燈要求n個(gè)逆變器。然而， 該方法是昂貴的。
以下構(gòu)思了新的方法和裝置，其克服了上述問題和其它問題。

發(fā)明內(nèi)容
公開了一種用于操作燈的鎮(zhèn)流器，每個(gè)燈包括一對電極。高頻諧振電路 產(chǎn)生高頻總線，該諧振電路被配置為可操作耦合到每個(gè)燈的電極并且包括諧 振電感器和諧振電容。


圖l是用于驅(qū)動(dòng)燈的鎮(zhèn)流器的圖示說明；
圖2是用于驅(qū)動(dòng)包括第三線圈的燈的鎮(zhèn)流器的圖示說明；以及
圖3是圖2的鎮(zhèn)流器的一部分的圖示說明。
具體實(shí)施例方式
參照圖1,鎮(zhèn)流器電路6包括逆變器電路8、諧振電路或網(wǎng)絡(luò)10和箝位 電路12。 DC電壓經(jīng)由從正電壓端16連接的電壓導(dǎo)線(conductor) 14和連 接到地或公共端20的公共導(dǎo)線18,提供給逆變器8。高頻總線22由在下文
更詳細(xì)描述的諧振電路IO產(chǎn)生。第一、第二.....第n個(gè)燈24、 26.....
28經(jīng)由第一、第二.....第n個(gè)鎮(zhèn)流電容器30、 32..... 34耦合到高頻總
線。因此，如果一個(gè)燈被移除，則其它的燈繼續(xù)工作。預(yù)期任何數(shù)量的燈可
以被連接到高頻總線22。例如，每個(gè)燈24、 26..... 28經(jīng)由相關(guān)聯(lián)的鎮(zhèn)流
電容器30、 32..... 34耦合到高頻總線22。經(jīng)由相應(yīng)的燈連接器36、 38
提供功率給每個(gè)燈24、 26..... 28。
逆變器8包括模擬的上和下或第一和第二開關(guān)40和42，例如串聯(lián)連接 在導(dǎo)線14和18之間的兩個(gè)n溝道MOSFET器件(如所示)，用來激勵(lì)諧振電 路10。兩個(gè)p溝道MOSFET器件也可以被配置。高頻總線22由逆變器8 和諧振電路10產(chǎn)生，并且包括諧振電感器44和等效的諧振電容，其包括第
一、第二和第三電容器46、 48、 50的等價(jià)物和鎮(zhèn)流電容器30、 32..... 34,
其還防止DC電流流過燈24、 26、 ...、 28。鎮(zhèn)流電容器30、 32..... 34主
要被用作鎮(zhèn)流電容器。
開關(guān)40和42協(xié)同操作以在公共或第一節(jié)點(diǎn)52提供方波，以激勵(lì)諧振 電路10。從開關(guān)40和42連接的柵極或控制線54和56在控制或第二節(jié)點(diǎn) 58處連接。每個(gè)控制線54和56包括各自的電阻60和62。
繼續(xù)參照圖1，通常被標(biāo)識為64和66的第一和第二柵極驅(qū)動(dòng)電路連接 在節(jié)點(diǎn)52和58之間，并且包括第一和第二驅(qū)動(dòng)電感器68和70,其是相互 耦合到諧振電感器44的次級線圈，以在驅(qū)動(dòng)電感器68和70中感應(yīng)與諧振 電路10中的電流的瞬時(shí)變化率成比例的電壓。第一和第二次級電感器72和 74串聯(lián)連接到各自的第一和第二驅(qū)動(dòng)電感器68和70和柵極控制線54和56。 該柵極驅(qū)動(dòng)電路64和66被用來控制各自的上和下開關(guān)40和42的操作。更 具體地講，柵極驅(qū)動(dòng)電路64和66在第一個(gè)半個(gè)周期維持上開關(guān)40 "導(dǎo)通"， 而在第二個(gè)半個(gè)周期維持下開關(guān)42 "導(dǎo)通"。方波在節(jié)點(diǎn)52產(chǎn)生，并且被用 來激勵(lì)諧振電路10。第一和第二雙向電壓箝位器(clamp) 76和78分別并 聯(lián)連接到第二電感器72和74,每個(gè)雙向電壓箝位器包括一對背對背齊納二
極管。雙向電壓箝位器76和78用來將柵源電壓的正和負(fù)的偏移箝位到由背 對背齊納二極管的額定電壓確定的相應(yīng)的限度。每個(gè)雙向電壓箝位器76和 78與各自的第一或第二次級電感器72和74協(xié)同工作，使得跨接諧振電路 10的電壓的基頻分量和諧振電感器44中的AC電流之間的相位角度在燈的 點(diǎn)亮期間接近零。
串聯(lián)連接的電阻80、 82與連接在公共節(jié)點(diǎn)52和/>共導(dǎo)線18之間的電 阻84協(xié)同工作，用于啟動(dòng)?xùn)艠O驅(qū)動(dòng)電路64和66的再生(regenerative )操 作。上和下電容器90和92與各自的第一和第二次級電感器72和74串聯(lián)連 接。在啟動(dòng)過程中，電容器90經(jīng)由電阻器80、 82、 84從電壓端16充電。 電阻器94對電容器92分流以防止電容92被充電。這防止了開關(guān)40和42 一開始在相同時(shí)間導(dǎo)通。跨接電容器90的電壓起初是零，并且在啟動(dòng)過程 期間，串聯(lián)連接的電感器68和72由于用于電容器90的充電的相對長的時(shí) 間常數(shù)，實(shí)質(zhì)上用作短路。當(dāng)電容器卯被充電到開關(guān)40的柵源電壓的閾值 電壓(例如，2-3伏)時(shí)，開關(guān)40導(dǎo)通，這導(dǎo)致流過開關(guān)40的小的偏置電流。 得到的電流在公共漏極中偏置開關(guān)40, A類放大器配置。這產(chǎn)生足夠增益的 放大器，使得諧振電路10和柵極控制電路64的組合產(chǎn)生再生動(dòng)作，該再生 動(dòng)作啟動(dòng)逆變器在包括電容器90和電感器72的網(wǎng)絡(luò)的諧振頻率附近振蕩。 產(chǎn)生的頻率在諧振電路10的諧振頻率之上，其允許逆變器8在諧振網(wǎng)絡(luò)10 的諧振頻率之上工作。這產(chǎn)生延遲在公共節(jié)點(diǎn)52產(chǎn)生的電壓的基頻的諧振 電流，允許逆變器8在點(diǎn)亮燈之前以軟開關(guān)模式工作。因此，逆變器8以線 性才莫式啟動(dòng)操作并且轉(zhuǎn)換為開關(guān)D類模式。接著，當(dāng)電流通過諧振電路10 建立時(shí)，在維持軟開關(guān)模式的同時(shí)，通過點(diǎn)亮并且進(jìn)入導(dǎo)通的燈的電弧模式， 高頻總線22的電壓增加以點(diǎn)亮燈。
在鎮(zhèn)流器電路,6的穩(wěn)態(tài)操作期間，在公共節(jié)點(diǎn)52的、為方波的電壓接 近正端子16的電壓的一半。曾經(jīng)在電容器90上存在的偏壓消逝。工作頻率 使得包括電容器90和電感器72的第一網(wǎng)絡(luò)96和包括電容器92和電感器74 的第二網(wǎng)絡(luò)98同等地感應(yīng)。即，工作頻率在相等的第一和第二網(wǎng)絡(luò)％和98 的諧振頻率之上。這導(dǎo)致柵極電路的適當(dāng)?shù)南嘁?，以允許流過電感器44的 電流延遲在公共節(jié)點(diǎn)52產(chǎn)生的電壓的基頻。因此，逆變器8的軟開關(guān)在穩(wěn) 態(tài)工作期間被維持。
繼續(xù)參照圖l,逆變器8的輸出電壓由箝位電路12的串聯(lián)連接的箝位二
極管100和102箝位，以限制產(chǎn)生來啟動(dòng)燈24、 26..... 28的高電壓。箝
位電路12還包括第二和第三電容器48、 50,其基本上纟皮此并聯(lián)。每個(gè)箝位 二極管100和102跨接相關(guān)聯(lián)的第二或第三電容48、 50連接。在燈啟動(dòng)之
前，因?yàn)槊總€(gè)燈24、 26..... 28的阻抗被看作非常高的阻抗，所以燈的電
路為開路。諧振電路10包括電容器30、 32、 ...、 34、 46、 48、 50和諧振電 感器44,并且在諧振附近被驅(qū)動(dòng)。隨著在公共節(jié)點(diǎn)52的輸出電壓增加，箝 位二極管100、 102開始箝位，防止跨接第二和第三電容器48、 50的電壓改 變符號(sign),并且將輸出電壓限制到不引起逆變器8組件過熱的值。當(dāng)箝 位二極管100、 102箝位第二和第三電容器48、 50時(shí)，諧振電路10變?yōu)榘?括電容器30、 32、 ...34、 46和諧振電感器44。例如，在箝位二極管100、 102不導(dǎo)通時(shí)實(shí)現(xiàn)諧振。當(dāng)燈點(diǎn)亮?xí)r，阻抗快速下降。在公共節(jié)點(diǎn)52的電壓 相應(yīng)下降。箝位二4l管100、 102不繼續(xù)箝位第二和第三電容器48、 50,并 且鎮(zhèn)流器6進(jìn)入穩(wěn)態(tài)工作。諧振又被電容器30、 32、 ...34、 46、 48、 50和 諧振電感器44控制。
按照如上所述的方式，逆變器8在維持開關(guān)40和42的軟開關(guān)條件的同 時(shí)，在公共節(jié)點(diǎn)52提供高頻總線。逆變器8在其它的燈由于在高頻總線存 在允許點(diǎn)亮的足夠電壓而被點(diǎn)亮?xí)r，能夠啟動(dòng)單個(gè)燈。
參照圖2和3，第三電路98耦合到逆變器電路8。更具體地講，第三線 圈或電感器110與第一和第二次級電感器72和74相互耦合。在該實(shí)施例中， 第一和第二雙向電壓箝位器76和78可選地被省略。包括第一和第二齊納二 極管114、 116的輔助或第三電壓箝位器112與第三電感器110并聯(lián)連接。 因?yàn)榈谌姼衅?10與第一和第二次級電感器72和74相互耦合，所以輔助 電壓箝位112同時(shí)箝位第一和第二柵極電路64和66。電壓箝位112的齊納 二極管114、 116的不同值有助于允許鎮(zhèn)流器6改變電流，并且依次改變提
供給燈24、 26..... 28的功率。如本領(lǐng)域已知的，在瞬間啟動(dòng)鎮(zhèn)流器中，
燈操作的初始模式是發(fā)熱(glow)。在發(fā)熱模式，跨接燈電極的電壓是高的， 例如300V。在該燈中流動(dòng)的電流典型地比流動(dòng)電流更4氐，例如，40或50mA 而不是180mA。電極被加熱并且成為熱離子。 一旦電極成為熱離子，電極就 發(fā)射電子到等離子體(plasma)，并且燈點(diǎn)亮。 一旦該燈點(diǎn)亮，不同量的功 率就要,皮傳遞到每個(gè)鎮(zhèn)流器，因?yàn)槊總€(gè)鎮(zhèn)流器運(yùn)行在不同水平標(biāo)稱電流的標(biāo) 稱電流。
例如，在燈24、 26..... 28點(diǎn)亮期間，第三線圈110的箝4立電壓浮皮增
加以允許更多的發(fā)熱功率。在燈已經(jīng)啟動(dòng)之后，電壓可以^皮折回(fold back), 以允許正確的穩(wěn)態(tài)電流流動(dòng)。該功能可以經(jīng)由控制器120實(shí)現(xiàn)。
更具體地講，在點(diǎn)亮之前，電容器122被放電，使得開關(guān)124 (如 MOSFET)處于"截止"狀態(tài)。當(dāng)逆變器8開始振蕩時(shí)，電容器122經(jīng)由全 波橋式整流器130的輸出線126、 128充電。第三線圈110由耦合到橋130 的輸出線126和128的串聯(lián)連接的第一和第二齊納二極管114和116箝位。 當(dāng)電容器122充電到MOSFET 124的閾值電壓時(shí)，MOSFET 124導(dǎo)通，從跨 接MOSFET 124的漏源端連接的第二齊納二極管116分流電流。因?yàn)殡娙萜?122與電阻140串聯(lián)連接，所以電容器122需要花時(shí)間充電到MOSFET 124 的閾值電壓。電阻器142連接到MOSFET 124的源極端和背接點(diǎn)。第三齊納 二極管144串聯(lián)連接到MOSFET 124的背接點(diǎn)和在電容器122和電阻器140 之間的點(diǎn)146。因此，第三線圈110的更高電壓箝位允許獲得更多的發(fā)熱功
率，直到燈24、 26.....28啟動(dòng)。在如從大約0.5到大約l.O秒的一段時(shí)間
之后，MOSFET 124導(dǎo)通，使得第三線圈110被箝位在較低的電壓。這允許 獲得較低的穩(wěn)態(tài)箝位功率。因此，箝位電壓的切換(如經(jīng)由齊納二極管114、 116的第三線圈110的電壓箝位的切換)使得在發(fā)熱階段期間提供給燈24、
26..... 28的功率增加，但是折回該功率以允許燈24、 26..... 28 4喿作在
燈24、 26、…、28的正常預(yù)定的功率水平之下。
除了正常的瞬時(shí)啟動(dòng)功能和各種預(yù)定穩(wěn)態(tài)功率限制的設(shè)置外，通過控制 第三線圈110，鎮(zhèn)流器6在對于不同的鎮(zhèn)流器因子的各種應(yīng)用中，能夠被用 作程序啟動(dòng)、快速啟動(dòng)鎮(zhèn)流器或瞬時(shí)啟動(dòng)鎮(zhèn)流器。
已經(jīng)參照優(yōu)選實(shí)施例已經(jīng)描述了本申請。顯然，在閱讀和理解前面的詳 細(xì)描述時(shí)將對其它人出現(xiàn)修改和替換。意圖在于，該申請被解釋為包括所有 這樣的修改和替換。
權(quán)利要求
1.一種用于操作燈的鎮(zhèn)流器，每個(gè)燈包括一對電極，該鎮(zhèn)流器包括:產(chǎn)生高頻總線的高頻諧振電路，該諧振電路被配置為可操作地耦合到每個(gè)燈的電極并包括諧振電感器和諧振電容。
2. 如權(quán)利要求1所述的鎮(zhèn)流器，其中每個(gè)燈經(jīng)由相關(guān)聯(lián)的鎮(zhèn)流電容器可 操作地耦合到高頻總線。
3. 如權(quán)利要求1所述的鎮(zhèn)流器，還包括逆變器，可操作地耦合到諧振電路，用于在諧振電路中感應(yīng)AC電流。
4. 如權(quán)利要求3所述的鎮(zhèn)流器，其中逆變器包括模擬的第 一和第二開關(guān)，在公共節(jié)點(diǎn)處連接到 一起以接收由諧振電路產(chǎn) 生的振蕩信號，該振蕩信號確定第 一和第二開關(guān)的切換速率。
5. 如權(quán)利要求4所述的鎮(zhèn)流器，其中逆變器還包括 第一和第二柵極控制電路，其每個(gè)控制各自的第一或第二開關(guān)，每個(gè)柵極控制電路包括驅(qū)動(dòng)電感器，可操作地連接在公共節(jié)點(diǎn)和控制節(jié)點(diǎn)之間，并且與該諧振 電感器相互耦合；以及次級電感器，可操作地串聯(lián)連接到驅(qū)動(dòng)電感器和控制節(jié)點(diǎn)。
6. 如權(quán)利要求5所述的鎮(zhèn)流器，還包括 第三電感器，可操作地與次級電感器耦合； 全橋整流器，可操作地跨接第三電感器連接；一對串聯(lián)連接的齊納二極管，可操作地連接到橋式整流器的輸出線，該 齊納二極管箝位跨接第三電感器和次級電感器的電壓；充電電容器，可操作地耦合到全橋整流器的輸出線，該全橋整流器的輸 出線在逆變器振蕩時(shí)充電該充電電容器；以及開關(guān)，其在該充電電容器被充電到該開關(guān)的閾值電壓時(shí)導(dǎo)通，并且使至 少一個(gè)齊納二極管漏電，使得跨接第三電感器和次級電感器的電壓被箝位在比該充電電容器充電時(shí)更低的值。
7. 如權(quán)利要求4所述的鎮(zhèn)流器，其中開關(guān)包括n型器件。
8. 如權(quán)利要求4所述的鎮(zhèn)流器，其中開關(guān)包括P型器件。
9. 如權(quán)利要求4所述的鎮(zhèn)流器，還包括 第 一和第二雙向電壓箝位器，每個(gè)可操作地連接在公共節(jié)點(diǎn)和控制節(jié)點(diǎn) 之間，用于限制該控制節(jié)點(diǎn)相對于該公共節(jié)點(diǎn)的正和負(fù)的電壓偏移。
10. 如權(quán)利要求9所述的鎮(zhèn)流器，還包括 第三電感器，與次級電感器相互耦合；以及輔助電壓箝位器，可操作地與第三電感器和次級電感器并聯(lián)連接，該輔 助電壓箝位器限制該控制節(jié)點(diǎn)相對于該公共節(jié)點(diǎn)的正和負(fù)的電壓偏移。
11. 如權(quán)利要求IO所述的鎮(zhèn)流器，還包括控制器，其控制輔助電壓箝位器的箝位，使得預(yù)選量的電流被提供給燈 的電極。
12. 如權(quán)利要求9所述的鎮(zhèn)流器，其中第一和第二雙向電壓箝位器被省略。
13. 如權(quán)利要求2所述的鎮(zhèn)流器，還包括電阻啟動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，可操作地連接以從輸入電壓源接收輸入，該電阻啟動(dòng)網(wǎng) 絡(luò)在逆變器啟動(dòng)期間使用輸入電壓充電該逆變器。
14. 如權(quán)利要求1所述的鎮(zhèn)流器，其中該燈包括如下的至少一個(gè) 線性熒光燈；致密熒光燈；以及 高強(qiáng)度放電燈。
15. —種用于操作電容性耦合的并聯(lián)燈的鎮(zhèn)流器，每個(gè)燈包括一對電極， 所述鎮(zhèn)流器包括高頻諧振電路，其產(chǎn)生高頻總線，該諧振電路被配置為可操作地耦合到 每個(gè)燈的電極；逆變器，可操作地耦合到諧振電路，用于在諧振電路中感應(yīng)AC電流， 該逆變器電路包括模擬的第一和第二開關(guān)，在公共節(jié)點(diǎn)處連接在一起，用于接收由所述諧 振電路產(chǎn)生的振蕩信號，該振蕩信號確定該對開關(guān)的切換速率；第一和第二驅(qū)動(dòng)電感器，每個(gè)可操作地連接在公共節(jié)點(diǎn)和控制節(jié)點(diǎn)之 間，并且被相互耦合到諧振電路；以及第 一和第二次級電感器，可操作地串列連接到該控制節(jié)點(diǎn)和相應(yīng)的第一 或第二驅(qū)動(dòng)電感器，其中每對第一和第二驅(qū)動(dòng)電感器和次級電感器協(xié)同操作 以驅(qū)動(dòng)該模擬開關(guān)，使得在該公共節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生方波；以及 電阻啟動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，連4妻以/人輸入電壓源接收輸入，該電阻啟動(dòng)網(wǎng)絡(luò)在逆變 器啟動(dòng)期間使用輸入電壓充電該逆變器。
16. 如權(quán)利要求15所述的鎮(zhèn)流器，其中開關(guān)包括n型器件。
17. 如權(quán)利要求15所述的鎮(zhèn)流器，其中開關(guān)包括P型器件。
18. 如權(quán)利要求15所述的鎮(zhèn)流器，還包括 第三電感器，可操作地與次級電感器互相耦合；以及控制器，其控制跨接所述第三電感器的電壓，使得預(yù)選量的電流被傳遞 到燈的電極。
19. 如權(quán)利要求18所述的鎮(zhèn)流器，其中所述控制器包括 全橋整流器，可操作她跨接第三電感器連接；一對串聯(lián)連接的齊納二極管，可操作地連接到全橋式整流器的輸出線， 該齊納二極管箝位^爭接第三電感器和次級電感器的電壓；充電電容器，可操作地耦合到全橋整流器的輸出線，該全橋整流器在逆 變器振蕩時(shí)充電該充電電容器；以及開關(guān)，其當(dāng)該充電電容器被充電到該開關(guān)的閾值電壓時(shí)導(dǎo)通，并且使至 少 一個(gè)齊納二極管漏電，使得跨接第三電感器和次級電感器的電壓被箝位在 比該充電電容器充電時(shí)更^f氐的值。
20. —種用于操作電容性耦合的并聯(lián)燈的鎮(zhèn)流器，包括 產(chǎn)生高頻總線的諧振負(fù)載電路，每個(gè)燈通過相關(guān)聯(lián)的鎮(zhèn)流電容器耦合到該諧振負(fù)載電路，并且該諧振負(fù)載電路包括諧振電感和至少包括鎮(zhèn)流電容器 的諧振電容；以及逆變器，可操作地耦合到諧振負(fù)載電路，用于在諧振負(fù)載電路中感應(yīng) AC電流，所述逆變器電路包括第一和第二開關(guān)，串聯(lián)連接在正的和接地導(dǎo)線之間，并且在所述AC負(fù) 載電流流過的公共節(jié)點(diǎn)處連接在一起，所述第一和第二開關(guān)每個(gè)包括控制節(jié)點(diǎn)和公共節(jié)點(diǎn)；以及柵極驅(qū)動(dòng)電路，其再生地控制所述第一和第二開關(guān)，該電路包括 第一和第二驅(qū)動(dòng)電感器，其相互耦合到諧振電感器，以在其中感應(yīng)電壓，該電壓與諧振負(fù)載電路中的AC負(fù)載電流的瞬時(shí)變化率成比例，所述驅(qū)動(dòng)電感器連接在公共節(jié)點(diǎn)和控制節(jié)點(diǎn)之間；第一和第二次級電感器，每個(gè)串聯(lián)連接到各自的第一或第二驅(qū)動(dòng)電感器 和所述控制節(jié)點(diǎn)；第三電感器，與第一和第二次級電感器相互耦合；以及電壓箝位器，與第三電感器和次級電感器并聯(lián)連接，該電壓箝位器箝位 第三電感器和次級電感器的電壓，使得預(yù)選量的電流纟皮提供給燈。
全文摘要
鎮(zhèn)流器操作燈，每個(gè)燈包括一對電極。高頻諧振電路產(chǎn)生高頻總線，該諧振電路被配置可操作地耦合到每個(gè)燈的電極并包括諧振電感器和諧振電容。
文檔編號H05B41/282GK101375643SQ200780003442
公開日2009年2月25日 申請日期2007年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月31日
發(fā)明者小梅爾文·C·科斯比, 路易斯·R·尼羅恩 申請人:通用電氣公司